簡述電廠暖風器系統設計

　　本文結合我院設計的一個火電項目，探討了暖風器系統的設計，從汽源的選擇、疏水回收方式等方面進行分析，應用凝汽法詳細計算了暖風器系統的熱經濟性。冷風加熱方式的確定、汽源的選擇及疏水回收方式都要根據每個工程的具體特點來確定，不能一概而論，希望本文能對有關設計人員進行暖風器系統的設計有所幫助。

　　《電力勘測設計》雜志是電力勘測設計行業唯一的國內外公開發行的科技類刊物，由國務院國有資產監督管理委員會主管，中國電力規劃設計協會承辦，本刊為雙月刊，逢雙月末發行。

　　1前言

　　低溫腐蝕和積灰嚴重影響鍋爐的安全、經濟運行，為了在冬季寒冷季節防止鍋爐尾部煙道空氣預熱器的低溫腐蝕，一般可以采用熱風再循環和加裝暖風器的方式來提高空預器的進風溫度。熱風再循環會增大空預器的換熱面積增加鍋爐制造成本，而且會增加送、一次風機的耗電量，增加廠用電率，因此現在大多數電廠采用在空預器前的冷風道上加裝暖風器的方式，用汽機的低壓抽汽來加熱冷風，由于暖風器是利用汽機做過功的抽汽來加熱，不耗用高品質的電能，較熱風再循環有明顯節能優勢，因此得到日益廣泛的應用。本文結合我院設計的一座350MW超臨界機組，探討一下暖風器系統設計中的一些需要注意的問題。

　　2 暖風器系統設計的優化

　　采用暖風器加熱冷風，需要耗用汽機的抽汽，使其不能繼續在汽缸中膨脹做工，勢必會降低汽機的絕對內效率，理論上來講選用不同段的抽汽對汽機絕對內效率的影響也是不相同的，因此汽源的選擇是暖風器系統設計中的一項重要工作。暖風器的疏水既“干凈”又含有熱量，屬于需要回收的工質，既可以回到凝汽器(或排氣裝置)，也可由疏水泵打入凝結水或者除氧器，不同的回收方式對汽機熱效率的影響肯定也是不同的，因此有必要對暖風器系統的設計根據不同工程的特點進行優化。

　　2.1 工程概況

　　該工程鍋爐為哈鍋制造的超臨界直流燃煤鍋爐，BMCR工況下的鍋爐蒸發量為1176t/h,鍋爐效率為92.77%，一次風機進風量為461.4t/h，送風機進風量為1001.9 t/h，該風量除了滿足鍋爐燃燒需要外，還充分考慮了空預器的漏風。該工程汽機為哈汽制造的超臨界直接空冷機組，給水回熱加熱系統為三高三低一除氧，采用全電泵。該工程地處新疆，是典型的溫帶大陸性氣候，屬嚴寒地區，冬季室外計算溫度為-25℃，極端最低溫度為-37℃。該工程根據煤質計算煙氣的酸露點為101.5℃，空預器冷端平均壁面溫度為68.3℃，根據DL/T5240-2010的第10.1.1條的規定，計算得到空預器允許的進風溫度為-14℃，但鍋爐廠允許空預器的進口風溫為20℃，考慮到該工程所在地區極端溫度可低至-37℃，選取較高的空預器允許進風溫度更有利于防止低溫腐蝕，因此本工程在下文暖風器和熱風再循環的計算中將空預器允許進風溫度定為20℃。

　　提高空預器進風溫度主要有熱風再循環加熱和暖風器加熱兩種方式，熱風再循環主要用于200MW及以下機組的管式空預器，如果用于回轉式空預器的話，由于熱風帶灰，如果熱風再循環率較高的話會給風道及風機葉輪帶來較嚴重的磨損，因此一般規定熱風再循環率不應超過8%。本工程在充分考慮送、一次風機溫升的情況下，經計算送、一次風的熱風再循環率將達到12%，已明顯超過了8%的規定值，顯然本工程不適合采用熱風再循環。如果用暖風器加熱，將會有效降低送、一次風機的電耗，降低廠用電率，如今暖風器加熱冷風已是一項非常成熟的技術，因此本工程擬采用暖風器來加熱冷風，以滿足空預器防止低溫腐蝕的要求。

　　2.2 暖風器汽源的選擇

　　當用暖風器加熱冷風時，需要耗用一定量的蒸汽，蒸汽一般從汽機的本體抽汽獲得，從汽機熱力系統的經濟性來分析，耗用抽汽會降低機組的絕對內效率，增加發電熱耗，但相對熱風再循環來說，可以節省大量高品質的電能和防止對風道、葉輪的沖刷磨損。只有通過對熱力系統的定量分析，我們才能獲得煤耗數據，來進一步判斷暖風器加熱冷風是否節能。

　　2.2.1 抽汽加熱暖風器對機組經濟性的影響分析

　　加熱暖風器的抽汽量一般在20～30t/h之間，采用汽機的非調整抽汽即可滿足需要。抽汽是已經在汽缸內做了部分功的蒸汽，當用于加熱暖風器后，就不能繼續在缸體內膨脹做功，勢必會降低汽機的絕對內效率，增大發電熱耗。理論上講，采用不同段的抽汽對汽機內效率的影響應當是不同的，根據凝汽法的理論，采取越靠近凝汽器或排汽裝置的抽汽做汽源，其對汽機效率的影響也應越小，為了定量分析，我們以VWO工況(對應鍋爐BMCR工況)為例，假定暖風器疏水回到熱力系統的排汽裝置中(疏水回到熱力系統中，相對除鹽水補水來說對機組的經濟性是有益的)，本文采用凝汽法計算用不同段中、低壓抽汽作為暖風器汽源時，各段抽汽對汽機絕對內效率的影響大小，計算結果如下表所示：

　　上表中的計算結果顯示越靠近排氣裝置的抽汽，即抽汽的參數越低，其對機組發電熱耗的影響也越小，因為抽汽參數越低，其在汽缸內做的功也越多，剩下的熱量大多屬于不能繼續膨脹做功的“廢熱”，即使不用來供熱，其熱量的大部分也是被機組的冷卻系統帶走白白浪費，因此我們在選擇暖風器的汽源時，應盡量選擇參數較低的抽汽，用低品位的蒸汽來作為暖風器的汽源。

　　2.2.2 抽汽參數的選擇

　　根據上節的結論，是不是抽汽參數最低的就是最合適的汽源呢?其實不然，汽源的選擇還要考慮蒸汽流動和疏水的需要來綜合判斷。本工程汽機在不同負荷下中、低壓抽汽段的參數如下表所示：

　　根據上節的結論，我們知道暖風器汽源的壓力越低對機組的經濟性影響越小，但我們還要考慮蒸汽流動阻力及一定壓頭余量，按常理暖風器汽源的壓力一般最少也得在0.3MPa.a左右。該工程為企業自備電站，年利用小時數可達到7000小時以上，機組將長期運行在50%THA負荷以上，當機組在啟動過程中負荷達到50%THA時，暖風器的汽源應由輔汽切換為本機供汽，從上表中可以看出，50%THA負荷時，汽機六段抽汽的壓力在減去流動阻力0.054MPa后已顯不足，且無余量，無法滿足給暖風器安全供汽，如果疏水排入排氣裝置，還會影響機組的真空，看來六抽不適合做暖風器的汽源。再看看四段抽汽，四抽的壓力在50%THA負荷時，過剩近0.2MPa,顯得有點浪費。最后看看五抽的壓力為0.274MPa,即使扣除流動阻力0.1087MPa,還有0.1653MPa,減去大氣壓后還有一定的余量，看來只有五抽的壓力是最合適的，因此本工程選擇五抽作為暖風器的汽源。

　　2.3 暖風器疏水回收方式的選擇

　　當抽汽在暖風器中凝結放熱后，就會凝結成疏水，疏水是“干凈”的除鹽水，其本身的溫度也在150℃左右，如果能重新回到熱力系統內，則不但節約了工質，而且還回收了熱量。這樣不但可以減少制備除鹽水的成本，而且相對用除鹽水補水來說還可在一定程度上提高熱力系統的經濟性。現在暖風器疏水的回收方式一般有兩種，一種是經疏水泵增壓后打入除氧器，另一種是直接自流入凝汽器或排汽裝置，到底哪種疏水的回收方式更合理呢?下面同樣用凝汽法進行計算分析，在VWO工況下，五抽至暖風器的流動阻力約0.1087MPa,蒸汽在暖風器內的壓力為0.482MPa,疏水的飽和溫度為150.46℃，疏水量和蒸汽消耗量一樣為23.43t/h,假定此時不考慮抽汽對機組經濟性的影響，單純分析不同的疏水回收方式對熱耗率的影響，計算結果表明，疏水回收到排汽裝置比疏水回收到除氧器可降低熱耗7.84 KJ/Kw.h，而且還能節約疏水泵的電能。為什么疏水回到排汽裝置會更節能呢?主要是因為疏水溫度為150.46℃，疏水焓為633.9KJ/kg,遠高于排汽裝置中的凝結水焓220 KJ/kg，暖風器的疏水回到排氣裝置的熱井后，提升了凝結水的焓值，當較高溫度的凝結水在流經低加時會排擠一部分抽汽做功，用來做功的抽汽就變多了，所以有利于熱耗的降低。如果疏水回到除氧器，除氧器的給水焓為802.5 KJ/kg，大于暖風器的疏水焓，當暖風器疏水進入到除氧器，則會降低給水的溫度，在給水流經高加時會消耗更多的抽汽來加熱給水，則用來做功的抽汽就會將少，也就增加了發電熱耗。從前面的數據可知，在大多數負荷下，暖風器的疏水無需使用疏水泵就可克服流動阻力，自行回流至排汽裝置，可節約大量的高品質電能。因此在本工程中，暖風器的疏水回至排氣裝置是最合理的。

　　機組在啟動時，采用低壓輔汽作為暖風器的汽源，其壓力在0.4MPa,完全可以滿足疏水自流的需要。但在切換為本機供汽后，五抽的壓力短時間內可能滿足不了疏水自流的需要，因此本工程還是保留了疏水回收裝置(含疏水泵)，用于低負荷時將疏水打至排汽裝置，顯然這樣沒有疏水自流至排汽裝置經濟，但為了滿足機組安全運行的需要，最好如此設計。

　　2.4 暖風器加熱與熱風再循環的經濟性比較

　　前面的2.1中我們已經排除了本工程采用再循環加熱冷風的方案，盡管如此但并不影響我們對暖風器加熱和熱風再循環加熱的經濟性進行比較。本工程一次風機的額定功率為2000KW，送風機的額定功率為800KW,熱風再循環率為12%，如果本工程采用熱風再循環加熱冷風的方式，在BMCR工況下，風機每小時多耗電為(2000+800)x0.12=336 kW.h,按空冷機組供電煤耗330g/ Kw.h計算，則每小時多耗煤336 x 0.330=110.9千克標煤。如果采用暖風器加熱冷風的話，根據2.2.1節的數據，機組每小時多耗煤為0.19x389864(發電量)÷1000=74.1千克標煤，可見采用暖風器加熱冷風比熱風再循環加熱冷風每小時可節煤110-74.1=35.9千克，如果啟用暖風器疏水泵，則會增加煤耗為10 x 0.330=3.3千克標煤，即使考慮暖風器疏水泵的耗能，也要比熱風再循環節能35.9-3.3=32.6千克標煤。因此本工程選擇五段抽汽作為暖風器的汽源來加熱冷風的設計方案是完全正確的，相對熱風再循環不但降低了電廠的煤耗，而且避免了風道及葉輪的磨損。

　　3 總結

　　防止鍋爐空預器的低溫腐蝕，可以采用暖風器，也可以采用熱風再循環的方式，，甚至二者可以相互輔助應用，具體選擇哪種方式都要經過嚴密計算和科學分析。本文所介紹的暖風器加熱冷風的技術是一項很成熟的技術，但加熱汽源的選擇和疏水回收方式應根據每個工程具體情況來確定，不能一概而論，但總地來說，汽源參數越低越經濟，疏水回收方式要根據疏水參數來合理確定。總之暖風器系統的設計，首先要在保證機組安全穩定運行的前提下，再結合每個工程的具體特點，盡量提高整個熱力系統的綜合經濟性。

　　參考文獻：

　　[1]李勤道等. 熱力發電廠熱經濟性計算分析[M]. 中國電力出版社. 2008

　　[2]楊旭中等. 火力發電廠設計技術規程[M]. 中國電力出版社. 2010